KR101860637B1 - Shield using hyperlens metamaterial - Google Patents
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Abstract
하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패가 개시된다. 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패는, 방패의 몸체의 일면에 하이퍼렌즈 메타물질이 형성되며, 하이퍼렌즈 메타물질은 x축 방향 및 y축 방향 각각으로 반복되어 형성되는 유닛셀을 포함하되, 유닛셀은, 제1 물질과 제2 물질이 반복되어 형성되며, x축 방향의 경우, 제1 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, y축 방향의 경우, 제1 물질과 제2 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, 제1 물질과 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어, 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성을 가지고, 제1 스프링 강성이 제2 스프링 강성보다 크게 되어 제1 물질과 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 된다.A shield using a hyper lens metamaterial is disclosed. A shield using a hyper lens meta material includes a unit cell in which a hyper lens meta material is formed on one side of a body of a shield and a hyper lens meta material is repeatedly formed in each of x and y axis directions, , The first material and the second material are repeatedly formed, and in the case of the x-axis direction, the first spring stiffness between the first material and the y-axis direction, and the first spring stiffness between the first material and the second material Wherein the first material and the second material are a bundle of materials so that the second spring stiffness is greater than the second spring stiffness and the second material has a second spring stiffness between the material bundles, It becomes a bundle.
Description
본 발명은 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패에 관한 것이다.The present invention relates to a shield using a hyper lens metamaterial.
메타물질이란 어떠한 구조를 일정한 방향으로 반복시켜서 만들어 낸 물질로서, 일정 방향으로 들어오는 파동을 제어하여 특정한 현상을 나타내는 물질이다. 이 구조의 대표적인 사용 예로서, 투명망토나, 스텔스 전투기 등이 있다. 이 물질의 핵심은 파동을 제어하여 자연계에 없는 현상을 만들어 낸다는 것이다.A metamaterial is a material made by repeating a certain structure in a certain direction, and is a material that exhibits a specific phenomenon by controlling waves coming in a certain direction. Typical uses of this structure include transparent cloaks, stealth fighters, and the like. The core of this material is to control the waves to create phenomena that are not in the natural world.
한편, 현재 방패의 경우, 하나의 판으로 이루어진 구조이다. 따라서, 외부에서 충격을 가하였을 경우, 그 충격이 그대로 사용자에게 전달이 되어 일정 이상의 피격 시 사용자가 크게 다치게 되는 문제점이 존재한다.On the other hand, in the case of the current shield, it is a structure composed of one plate. Therefore, when an impact is applied from the outside, the impact is transmitted to the user as it is, and there is a problem that the user is seriously injured when the impact is higher than a certain level.
종래 기술로서, 두 개의 다른 물질을 겹쳐서 만든 메타물질 구조를 이용하여 한쪽 방향으로의 파동만을 전파시키는 기술이 있다. 이 기술은 두 물질을 사용하는데, 두 물질 중 하나의 물질이 음의 밀도를 갖는 물질이므로, 자연계에서는 존재할 수 없는 물질이다. 따라서, 실제적으로 두 개의 물질만을 배열하여 만들 수 없다는 한계점이 존재한다.As a conventional technique, there is a technique of propagating only a wave in one direction using a metamaterial structure formed by stacking two different materials. This technique uses two materials, one of which is a substance with a negative density and can not exist in nature. Therefore, there is a limitation in that it is not possible to arrange only two substances in practice.
본 발명은 하이퍼렌즈 메타물질을 이용하여 파동이 갖는 두 가지의 방향벡터 중에서 하나의 방향벡터를 다른 하나의 방향벡터로 통일시켜 파동이 한쪽 방향으로만 전파되도록 하는 방패에 관한 것이다.The present invention relates to a shield for causing a wave to propagate only in one direction by unifying one direction vector among two direction vectors of a wave using a hyper-lens meta material, to another direction vector.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패가 개시된다.According to an aspect of the present invention, a shield using a hyper lens meta material is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패는, 상기 방패의 몸체의 일면에 상기 하이퍼렌즈 메타물질이 형성되며, 상기 하이퍼렌즈 메타물질은 x축 방향 및 y축 방향 각각으로 반복되어 형성되는 유닛셀을 포함하되, 상기 유닛셀은, 제1 물질과 제2 물질이 반복되어 형성되며, 상기 x축 방향의 경우, 상기 제1 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 y축 방향의 경우, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질 간에 상기 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어, 상기 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 스프링 강성이 상기 제2 스프링 강성보다 크게 되어 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 상기 하나의 물질 묶음이 된다.The shield using the hyper-lens meta material according to an embodiment of the present invention is characterized in that the hyper-lens meta material is formed on one side of the body of the shield, and the hyper-lens meta material is repeatedly formed in the x- Wherein the unit cell has a first spring rigidity between the first materials in the case of the x-axis direction, and a second spring stiffness between the first materials in the y-axis direction A first spring stiffness between the first material and the second material, the first material and the second material being a bundle of materials, a second spring stiffness between the bundles of material, The spring stiffness is greater than the second spring stiffness, so that the first material and the second material become the one material bundle.
상기 하이퍼렌즈 메타물질은 상기 몸체의 일면에 방패 손잡이를 중심으로 동심원 상으로 형성된다.The hyper-lens meta material is concentrically formed on one side of the body with the shield handle as a center.
상기 유닛셀은 상기 y축 방향으로의 파동이 차단되고, 상기 x축 방향으로만 파동이 전파되는 특성을 가진다.The unit cell is characterized in that the wave in the y-axis direction is cut off and the wave propagates only in the x-axis direction.
상기 유닛셀은 하기 수학식에 따른 구동 주파수 범위에서 상기 y축 방향으로의 파동이 차단된다.The unit cell is cut off the wave in the y-axis direction in the driving frequency range according to the following equation.
여기서, ω는 각진동수이고, m1은 상기 제1 물질의 질량이고, m2는 상기 제2 물질의 질량이고, s2는 상기 제2 스프링 강성임.Here, ω is angular frequency, m 1 is the mass of the first material, m 2 is the mass of the second substance, it s 2 is the second spring being rigid.
상기 제2 물질이 다른 물질로 변경됨으로써, 상기 구동 주파수 범위가 변경된다.By changing the second material to another material, the driving frequency range is changed.
상기 유닛셀은, 음향 영역에서 사용되는 것인 경우, 음향 강체(acoustic rigid)에 십자 형상의 공기 통로가 형성된 것이되, 상기 십자 형상의 두 축 중 한 축의 양단 각각에는 사각 형상의 개구부가 형성된다.When the unit cell is used in an acoustic region, a cross-shaped air passage is formed on an acoustic rigid, and rectangular openings are formed in both ends of one of the two cross-shaped shafts .
상기 십자 형상의 공기 통로가 형성된 영역의 물질을 다른 물질로 변경함으로써, 상기 유닛셀의 구동 주파수 범위가 변경된다.The driving frequency range of the unit cell is changed by changing the material of the region where the cross-shaped air passage is formed to another material.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하이퍼렌즈 메타물질이 개시된다.According to another aspect of the present invention, a hyper-lens meta material is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질은, x축 방향 및 y축 방향 각각으로 반복되어 형성되는 유닛셀을 포함하되, 상기 유닛셀은, 제1 물질과 제2 물질이 반복되어 형성되며, 상기 x축 방향의 경우, 상기 제1 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 y축 방향의 경우, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질 간에 상기 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어, 상기 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 스프링 강성이 상기 제2 스프링 강성보다 크게 되어 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 상기 하나의 물질 묶음이 된다.The hyper-lens meta-material according to an embodiment of the present invention includes a unit cell repeatedly formed in the x-axis direction and the y-axis direction, wherein the unit cell is formed by repeatedly forming a first material and a second material, Axis direction, a first spring stiffness between the first material and the second material in the y-axis direction, and a second spring stiffness between the first material and the second material, Wherein the second material is a bundle of materials, having a second spring stiffness between the bundles of material, wherein the first spring stiffness is greater than the second spring stiffness so that the first material and the second material are in contact with the one material It becomes a bundle.
본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용하여 파동이 갖는 두 가지의 방향벡터 중에서 하나의 방향벡터를 다른 하나의 방향벡터로 통일시켜 파동이 한쪽 방향으로만 전파되도록 함으로써, 에너지를 차단하여 사람을 특정 충격으로부터 보호할 수 있다.The shield using the hyper-lens meta material according to the embodiment of the present invention uses a hyper-lens meta material to unify one direction vector among the two direction vectors of the wave into another direction vector, By propagating, the energy can be cut off to protect a person from a specific impact.
도 1은 이방성 물질의 설계 예시를 나타낸 도면.
도 2는 음의 유효밀도를 갖는 메타물질의 구조 예시를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패의 구조를 예시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀(unit-cell)의 설계 예시를 나타낸 도면.
도 6은 유닛셀의 EFC(Equi-frequency contour) 해석 결과를 나타낸 도면.
도 7은 이종물질을 사용하여 주파수를 조절한 유닛셀의 EFC 해석 결과를 나타낸 도면.
도 8은 방패를 적용한 예를 나타낸 도면.1 shows a design example of an anisotropic material.
2 shows an example of the structure of a meta material having negative effective density.
3 is a view illustrating a structure of a shield using a hyper-lens meta-material according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams illustrating an example of a design of a unit cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an EFC (Equi-frequency contour) analysis result of a unit cell.
7 is a graph showing the results of EFC analysis of a unit cell whose frequency is adjusted by using a different material.
8 is a view showing an example in which a shield is applied.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .
우선, 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패를 설명하기 앞서, 본 발명의 이해와 설명의 편의를 도모하고자, 종래에 두 개의 다른 물질을 겹쳐서 만든 메타물질 구조를 이용하여 한쪽 방향으로의 파동만을 전파시키는 기술에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.In order to facilitate understanding and explanation of the present invention, a shield material using a sliding hyper-lens meta material according to an embodiment of the present invention has been disclosed. Will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.
도 1은 이방성 물질의 설계 예시를 나타낸 도면이고, 도 2는 음의 유효밀도를 갖는 메타물질의 구조 예시를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing a design example of an anisotropic material, and FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of a meta material having negative effective density.
종래 기술은, 두 가지의 물질을 하나의 방향으로 적층시켜 균일하지 않은 재료를 만들어 고르지 않는 파동 전파현상을 만들어 내는데 그 핵심이 있다. 하이퍼렌즈라는 메타물질은 한쪽 방향으로만 파동이 전파되는 물질로서, 2차원의 하이퍼렌즈는 다음의 수학식으로 정의될 수 있다.The prior art is at the heart of making two materials unidirectional in one direction to produce an uneven wave propagation phenomenon. A metamaterial called a hyper lens is a material in which a wave propagates only in one direction, and a two-dimensional hyper lens can be defined by the following equation.
여기서, k는 파동의 벡터, ρ는 밀도, κ는 체적계수, ω는 각진동수이다.Where k is the vector of the wave, ρ is the density, κ is the volume coefficient, and ω is the angular frequency.
수학식 1은 y축 방향의 밀도가 음이 되면, ky가 무조건 허수가 되어야만 성립된다. 파동의 벡터가 허수가 되는 것은 그 방향으로의 파동이 전파되지 않는 것을 의미한다. 그래서, 종래 기술에서는, y축 방향의 밀도를 음으로 만들기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이, 두 가지의 재료를 적층시켜 y축 방향의 유효 밀도를 음으로 만들었다.Equation (1) is established when the density in the y-axis direction becomes negative and k y becomes an imaginary unconditionally. The fact that the vector of the wave becomes imaginary means that the wave in that direction is not propagated. Thus, in the prior art, two materials are laminated to make the effective density in the y-axis direction negative as shown in Fig. 1 in order to make the density in the y-axis direction negative.
도 1에 도시된 이방성 물질의 유효 밀도는 다음의 수학식으로 산출될 수 있다.The effective density of the anisotropic material shown in Fig. 1 can be calculated by the following equation.
여기서, f는 부피분율, V는 부피를 의미한다.Where f is the volume fraction and V is the volume.
수학식 2에 따르면, ρA나 ρB가 적절히 조절되면 특정 방향에서 음의 밀도를 가질 수 있음을 알 수 있다. 그래서, 종래 기술에서는, ρB를 음의 값을 갖게 하여 ρy가 음의 값을 갖게 하였다. 그러나, 이는 실제로 생성될 수 없는 밀도이기 때문에, 기존의 물질로 구현하는 것은 불가능하다.According to Equation (2), it can be seen that when ρ A or ρ B is appropriately adjusted, a negative density can be obtained in a specific direction. Thus, in the prior art, ρ B has a negative value, and ρ y has a negative value. However, since this is a density that can not actually be generated, it is impossible to implement it with existing materials.
그래서, 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패는 특정 주파수에서 음의 유효 밀도를 갖는 공명기를 기반으로 한 메타물질 구조를 이용하여 전술한 문제점을 해결한다. 즉, 특정 주파수에서 음의 유효 밀도를 갖는 메타물질의 구조 예시는 도 2와 같다. 도 2에서 좌측은 음의 유효 밀도를 갖는 메타물질 구조를 나타내며, 우측은 음의 밀도 구현의 결과를 나타낸다.Thus, the shield using the hyper-lens meta material according to the embodiment of the present invention solves the above-described problem by using a resonator-based meta material structure having a negative effective density at a specific frequency. That is, an example of the structure of a meta material having a negative effective density at a specific frequency is shown in FIG. In FIG. 2, the left side shows the meta-material structure having the negative effective density, and the right side shows the result of the negative density implementation.
따라서, 이와 같은 구조를 이용하면 특정 주파수에서 음의 밀도를 구현할 수 있음을 알 수 있으며, 이를 이용하면 종래 기술에서 구현할 수 없는 물질을 만들 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the use of such a structure can realize a negative density at a specific frequency, and it can be seen that a material which can not be realized in the prior art can be produced by using this structure.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a shield using a hyper-lens meta-material according to an embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패의 구조를 예시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀(unit-cell)의 설계 예시를 나타낸 도면이고, 도 6은 유닛셀의 EFC(Equi-frequency contour) 해석 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 이종물질을 사용하여 주파수를 조절한 유닛셀의 EFC 해석 결과를 나타낸 도면이고, 도 8은 방패를 적용한 예를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a structure of a shield using a hyper-lens meta-material according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 illustrate a design example of a unit-cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view showing an EFC (Equi-frequency contour) analysis result of a unit cell, FIG. 7 is a diagram showing an EFC analysis result of a unit cell whose frequency is adjusted by using a different material, Fig.
도 3에 도시된 바와 같이, 방패의 손잡이 주변으로 하이퍼렌즈 메타물질을 설계하면, 방패 손잡이 방향으로 전파되는 파동이 하이퍼렌즈 메타물질을 통해 차단될 수 있다. 이와 같은 하이퍼렌즈 메타물질은 메타물질의 기본 단위체인 유닛셀을 이용하여 설계될 수 있다. 여기서, 유닛셀은 하이퍼렌즈 메타물질을 설계하는 기본 단위체이며, 이 기본 단위체가 xy축 방향 각각으로 무한히 반복된다는 가정하에 하이퍼렌즈 메타물질이 설계될 수 있다. 즉, 하이퍼렌즈 메타물질이 방패 몸체의 일면에 방패 손잡이를 중심으로 동심원 상으로 형성될 수 있다. 이러한 유닛셀은 도 4와 같이 설계될 수 있다.As shown in FIG. 3, when the hyper lens meta material is designed around the handle of the shield, the wave propagating in the shield handle direction can be blocked through the hyper lens meta material. Such a hyper-lens meta material can be designed using a unit cell which is a basic unit of meta-material. Here, the unit cell is a basic unit for designing a hyper-lens meta material, and a hyper-lens meta material can be designed on the assumption that the basic unit is repeated infinitely in each of the x and y directions. That is, the hyper-lens meta material may be concentrically formed around the shield handle on one side of the shield body. Such a unit cell can be designed as shown in Fig.
도 4에서, m은 물질의 질량을 나타내고, s는 물질 간의 스프링 강성을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 유닛셀은 질량과 스프링 강성 간의 조건을 이용하여 특수한 질량 및 스프링 시스템으로 설계될 수 있다.In Fig. 4, m represents the mass of the material, and s represents the spring stiffness between the materials. Referring to Figure 4, a unit cell can be designed with a special mass and spring system utilizing the conditions between mass and spring stiffness.
즉, 질량 및 스프링 시스템은 제1 물질과 제2 물질이 무한 반복되어 형성된다. x축 방향의 경우, 제1 물질 간에 제1 스프링 강성 S1을 가진다. y축 방향의 경우, 제1 물질과 제2 물질 간에 제1 스프링 강성 S1을 가지고, 제1 물질과 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어 이 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성 S2을 가지게 된다. 이때, 제1 스프링 강성 S1이 제2 스프링 강성 S2보다 크게 되어 제1 물질과 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 될 수 있다.That is, the mass and spring system is formed by infinitely repeating the first material and the second material. and in the case of the x-axis direction, a first spring stiffness S 1 between the first materials. In the y-axis direction, there is a first spring stiffness S 1 between the first material and the second material, and the first material and the second material become a bundle of materials, with a second spring stiffness S 2 between the bundles . At this time, the first spring stiffness S 1 is greater than the second spring stiffness S 2 , so that the first material and the second material can be a bundle of materials.
이러한 질량 및 스프링 시스템은 사용되는 영역에 따라 다양한 유닛셀이 설계될 수 있으나, 본 명세서에서는 가장 간단하다고 할 수 있는 음향 영역에서의 유닛셀을 예로 들어 설명하기로 하며, 이 유닛셀은 도 5와 같이 나타낼 수 있다.Such a mass and spring system will be described with reference to a unit cell in the acoustic region, which may be the simplest in the present specification, although various unit cells may be designed according to the region to be used. As shown in Fig.
도 5를 참조하면, 음향 영역에서 사용되는 유닛셀은, 음향 강체(acoustic rigid)에 십자 형상의 공기 통로가 형성된 것이다. 여기서, 십자 형상의 두 축 중 한 축의 양단 각각에는 사각 형상의 개구부가 형성된다.Referring to FIG. 5, the unit cell used in the acoustic region is formed with a cross-shaped air passage on an acoustic rigid. Here, square openings are formed at both ends of one of two cross-shaped shafts.
도 4에 도시된 질량 및 스프링 시스템에서, y축 방향으로 파동이 전파되지 않는 특성을 만족하는 y축 방향에 대한 방정식은 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.In the mass and spring system shown in FIG. 4, the equation for the y-axis direction satisfying the characteristic that the wave does not propagate in the y-axis direction can be expressed by the following equation.
여기서, u는 변위를 나타내며, 변위 
그리고, 수학식 4로부터 다음의 수학식이 도출될 수 있다.From the equation (4), the following equation can be derived.
수학식 5를 참조하면, dy는 떨어진 거리이기 때문에 항상 실수가 되므로, ky가 허수의 값을 가져야 cos (kydy)는 허수의 값을 가지게 된다. 따라서, cos (kydy)가 허수의 값을 가진다는 것은 ky가 허수임을 의미하게 된다. cos (kydy)가 허수가 되기 위한 주파수 조건은 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.Referring to Equation (5), since y is always a real number since d y is a distance away, cos (k y d y ) has an imaginary value because k y must have an imaginary value. Thus, cos (k y d y ) has an imaginary value, which means that k y is an imaginary number. The frequency condition for cos (k y d y ) to be an imaginary number can be expressed by the following equation.
수학식 6에 따르면, 주파수가 특정값을 초과하면, ky가 허수가 되고, 이에 따라 y축 방향으로의 파동이 차단됨을 알 수 있다. 여기서, 특정값은 수학식 6과 같이, 제1 질량체와 제2 질량체의 질량의 합과 질량체 묶음 간에 스프링 강성 S2로 결정될 수 있다.According to Equation (6), if the frequency exceeds a specific value, k y becomes an imaginary number, and thus wave in the y-axis direction is blocked. Here, the specific value can be determined as spring stiffness S 2 between the sum of the masses of the first mass body and the second mass body and the mass body bundle, as shown in Equation (6).
설계된 하이퍼렌즈 메타물질이 정확히 어떤 주파수에서 구동하는지를 알기 위해서는, EFC(Equi-frequency contour)를 계산해야 한다. EFC는 파동이 전달되는 xy축 방향 각각의 파동 벡터에 대한 유닛셀의 고유 모드의 해석을 통하여 메타물질의 구동 현상을 유추할 수 있는 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼렌즈 메타물질의 경우, y축과 평행한 형태의 EFC가 나타나야 한다.To know exactly what frequency the designed hyper-lens metamaterial is driving, we need to calculate the equi-frequency contour (EFC). EFC can predict the driving phenomenon of the meta-material through the analysis of the eigenmode of the unit cell for each wave vector in the xy-axis direction in which the waves are transmitted. In the case of the hyper-lens meta-material according to the embodiment of the present invention, an EFC in a form parallel to the y-axis should be displayed.
y축과 평행한 형태의 EFC는 수학식 1을 참조하면, y축의 파동 벡터가 허수임을 의미한다. 이는 y축 방향으로 파동이 전파되지 않고, x축 방향으로만 파동이 전파됨을 의미한다. 도 4의 유닛셀에 대한 EFC 해석은 도 6과 같이 산출될 수 있다.The EFC of the form parallel to the y-axis means that the y-axis wave vector is an imaginary number, referring to Equation (1). This means that the wave does not propagate in the y-axis direction but propagates only in the x-axis direction. The EFC analysis for the unit cell of FIG. 4 can be calculated as shown in FIG.
도 6을 참조하면, y축 방향의 파동 벡터와 평행한 EFC의 형상이 나타남을 알 수 있으며, 약 6300Hz 이상에서는 완벽하게 평행한 EFC가 나타날 수 있는 것이 유추될 수 있다. 도 4의 유닛셀에서, 질량 m2를 가지는 제2 물질을 다른 물질로 변경하여 설계가 이루어지면, EFC의 구동 주파수 범위와 형상이 조정될 수 있다. 이에 대한 결과는 도 7과 같이 산출될 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the shape of the EFC parallel to the wave vector in the y-axis direction appears, and it can be inferred that perfectly parallel EFC occurs at about 6300 Hz or more. In the unit cell of FIG. 4, if the design is made by changing the second material having a mass m 2 to another material, the driving frequency range and shape of the EFC can be adjusted. The result can be calculated as shown in FIG.
도 7을 참조하면, 약 2600Hz 이상에서 y축 방향의 파동 벡터와 완벽하게 평행한 EFC가 나타날 수 있는 것이 유추될 수 있다. 이는 도 7에 도시된 바와 같이, 도 5에서 전술한 유닛셀 구조에서 가운데 영역 즉, 십자 형상의 공기 통로가 형성된 영역의 물질을 다른 물질로 변경함으로써, 구동 주파수 범위를 변경한 것이다.Referring to FIG. 7, it can be deduced that an EFC completely parallel to the y-axis wave vector at about 2600 Hz or more can be obtained. As shown in FIG. 7, the driving frequency range is changed by changing the material of the central region, that is, the region where the cross-shaped air passage is formed, to another material in the unit cell structure described above with reference to FIG.
즉, 실제 충격에 대한 보호를 위해서는, 다양한 주파수에서 충격 흡수가 가능해야 한다. 그래서, 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀은 제2 물질을 다른 물질로만 변경하여도 구동 주파수 범위를 용이하게 변경할 수 있다.That is, in order to protect against actual shocks, shock absorption at various frequencies must be possible. Thus, the unit cell according to the embodiment of the present invention can easily change the driving frequency range even if the second material is changed to another material only.
이러한 유닛셀이 형성된 방패는 도 8에 도시된 형태로 설치될 수 있다.The shield in which such a unit cell is formed may be installed in the form shown in Fig.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
Claims (8)
상기 방패의 몸체의 일면에 상기 하이퍼렌즈 메타물질이 형성되며,
상기 하이퍼렌즈 메타물질은 x축 방향 및 y축 방향 각각으로 반복되어 형성되는 유닛셀을 포함하되,
상기 유닛셀은,
제1 물질과 제2 물질이 반복되어 형성되며, 상기 x축 방향의 경우, 상기 제1 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 y축 방향의 경우, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질 간에 상기 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어, 상기 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 스프링 강성이 상기 제2 스프링 강성보다 크게 되어 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 상기 하나의 물질 묶음이 되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
In a shield using a hyper lens metamaterial,
The hyper lens meta material is formed on one surface of the body of the shield,
Wherein the hyper lens meta material includes unit cells repeatedly formed in the x-axis direction and the y-axis direction,
The unit cell includes:
Wherein the first material and the second material are repeatedly formed, and in the case of the x-axis direction, the first spring has a first spring stiffness between the first materials, and in the y-axis direction, Wherein the first spring stiffness is greater than the second spring stiffness and the second spring stiffness is greater than the second spring stiffness so that the first spring stiffness is greater than the second spring stiffness, Wherein the first material and the second material are bundles of the one substance.
상기 하이퍼렌즈 메타물질은 상기 몸체의 일면에서 방패 손잡이를 중심으로 동심원 상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
The method according to claim 1,
Wherein the hyper-lens meta material is concentrically formed on one side of the body with the shield handle as a center.
상기 유닛셀은 상기 y축 방향으로의 파동이 차단되고, 상기 x축 방향으로만 파동이 전파되는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
The method according to claim 1,
Wherein the unit cell is characterized in that the wave in the y-axis direction is blocked, and a wave propagates only in the x-axis direction.
상기 유닛셀은 하기 수학식에 따른 구동 주파수 범위에서 상기 y축 방향으로의 파동이 차단되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
여기서, ω는 각진동수이고, m1은 상기 제1 물질의 질량이고, m2는 상기 제2 물질의 질량이고, s2는 상기 제2 스프링 강성임.
The method of claim 3,
Wherein the unit cell is shielded from a wave in the y-axis direction in a driving frequency range according to the following equation.
Here, ω is angular frequency, m 1 is the mass of the first material, m 2 is the mass of the second substance, it s 2 is the second spring being rigid.
상기 제2 물질이 다른 물질로 변경됨으로써, 상기 구동 주파수 범위가 변경되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
5. The method of claim 4,
And the second material is changed to another material, thereby changing the driving frequency range.
상기 유닛셀은, 음향 영역에서 사용되는 것인 경우, 음향 강체(acoustic rigid)에 십자 형상의 공기 통로가 형성된 것이되,
상기 십자 형상의 두 축 중 한 축의 양단 각각에는 사각 형상의 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
The method according to claim 1,
When the unit cell is used in an acoustic region, a cross-shaped air passage is formed on an acoustic rigid,
Wherein a square opening is formed in each of both ends of one axis of the two cross-shaped axes.
상기 십자 형상의 공기 통로가 형성된 영역의 물질을 다른 물질로 변경함으로써, 상기 유닛셀의 구동 주파수 범위가 변경되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패.
The method according to claim 6,
Wherein the driving frequency range of the unit cell is changed by changing the material of the region where the cross-shaped air passage is formed to another material.
상기 유닛셀은,
제1 물질과 제2 물질이 반복되어 형성되며, 상기 x축 방향의 경우, 상기 제1 물질 간에 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 y축 방향의 경우, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질 간에 상기 제1 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 하나의 물질 묶음이 되어, 상기 물질 묶음 간에 제2 스프링 강성을 가지고, 상기 제1 스프링 강성이 상기 제2 스프링 강성보다 크게 되어 상기 제1 물질과 상기 제2 물질이 상기 하나의 물질 묶음이 되는 것을 특징으로 하는 하이퍼렌즈 메타물질.
and a unit cell repeatedly formed in each of the x-axis direction and the y-axis direction,
The unit cell includes:
Wherein the first material and the second material are repeatedly formed, and in the case of the x-axis direction, the first spring has a first spring stiffness between the first materials, and in the y-axis direction, Wherein the first spring stiffness is greater than the second spring stiffness and the second spring stiffness is greater than the second spring stiffness so that the first spring stiffness is greater than the second spring stiffness, Wherein the first material and the second material are the one substance bundle.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160121737A KR101860637B1 (en) | 2016-09-22 | 2016-09-22 | Shield using hyperlens metamaterial |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013545119A (en) * | 2010-09-10 | 2013-12-19 | ザ・ボーイング・カンパニー | Apparatus and method for producing acoustic metamaterial |
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2016
- 2016-09-22 KR KR1020160121737A patent/KR101860637B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 고분자 과학과 기술 27(1), 2016.2. 8-16 (9 pages) * |
| 논문자료(2014.10) * |
| 논문자료(2016.02) * |
| 소음진동 24(5), 2014.10. 40-45 (6pages) * |
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